Importância da Fluidização na Indústria

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RESUMO 
A fluidização é uma operação unitária de grande importância na indústria, utilizada em 
diversos processos na indústria alimentícia, petroquímica, farmacêutica, entre outras. 
Uma das suas principais funções é o aumento do contato partícula-fluido. Dentro do 
estudo da fluidização existem alguns parâmetros que podem ser considerados como 
base para o processo, dentre eles a porosidade e velocidade mínima de fluidização, 
assim, o presente relatório apresenta os resultados obtidos durante a prática para 
esses parâmetros e posterior comparação com correlações obtidas na literatura. Para 
tanto, tomou-se conhecimento de medidas experimentais de vazão de ar, altura do 
leito e da altura manométrica, bem como condições e características do leito, que 
foram fornecidas. Com os dados coletados plotou-se um gráfico da queda de pressão 
versus velocidade superficial de ar na ida e no retorno da fluidização do leito, e assim 
obteve-se a velocidade mínima de fluidização como sendo 16,83 cm s-1. Para 
comparar a velocidade mínima de fluidização utilizou-se as seguintes correlações da 
literatura, Leva, Miller-Logwinuk, Ergun e Carman-Kozeny. A correlação de Leva foi a 
que melhor se ajustou aos dados, tendo como valor de velocidade mínima de 
fluidização 13,38 cm s-1, o qual apresentou um desvio de 20,49 %, enquanto que para 
os demais modelos obteve-se desvios acima de 66 %. Os valores de desvio padrão 
terem sidos tão discrepantes entre si, sugere-se a realização de mais experimentos, 
como em duplicata ou triplicata, de modo que a posição gráfica da condição de mínima 
fluidização fique mais evidente, e trajetórias de ida e volta mais coincidentes na faixa 
de velocidade de fluidização. 
 
2 
 
RESULTADOS E DISCUSSÕES 
1 CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA 
 
Os dados referentes ao sistema preparado para avaliar a fluidização da areia é 
apresentado na Tabela 1. 
 
Tabela 1. Caracterização do sistema de leito fluidizado. 
Propriedade Valor Propriedade Valor 
Material Particulado Areia Diâmetro do Leito 7,94 cm 
Fluido Ar Atmosférico 
Comprimento do Leito na 
Mínima Fluidização 
13,4 cm 
Temperatura do Ar 25 ºC Massa Específica da Areia 2.730 kg/m³ 
Diâmetro da Partícula 0,2567 mm Massa Específica do Ar 1,15 kg/m³ 
Massa de Areia 600 g Porosidade do Leito 0,66 
Viscosidade do Ar 1,8 x 10-5 kg m-1 s-1 Esfericidade da Areia 0,78 
 
 
2 DADOS EXPERIMENTAIS 
 
 A partir dos dados de queda de pressão (mmH20) em função da velocidade 
superficial de ar (cm s-1) pôde-se construir as curvas de ida e retorno da fluidização 
do leito, conforme apresenta a Figura 1. A seta em vermelho representa o ponto de 
máxima queda de pressão na trajetória de ida, indicando a velocidade de mínima 
fluidização. 
3 
 
 
Figura 1. Curva de queda de pressão versus velocidade superficial de ar na ida e no retorno da 
fluidização do leito (umax = 138 cm/s). 
 
 Da Figura 1, verifica-se que as trajetórias de P versus u são quase 
coincidentes no intervalo 20,2 a 138 cm s-1, e a pequena diferença de trajetória nessa 
faixa deve-se, possivelmente, à variabilidade dos dados experimentais. O pico 
evidenciado pela seta em vermelho na Figura 1 ocorre apenas na trajetória de ida, e 
refere-se à queda de pressão no ar para que este consiga vencer o entrelaçamento 
das partículas sólidas e iniciar a fluidização do leito, o que não ocorre na trajetória de 
retorno, pois nesta situação o leito já está fluidizado. 
 Nesse sentido, adimite-se como a velocidade mínima de fluidização aquela na 
qual a queda de pressão no leito apresenta um ponto de máximo devido à resistência 
necessária para o início da fluidização do leito e mudança repentina da porosidade do 
leito, a partir do qual o leito se expande até o transporte pneumático. No estudo em 
questão, conforme observado na Figura 1, este valor é, aproximadamente, 16,83 cm s-
1. 
 
3 CORRELAÇÕES DA LITERATURA 
 
Com os dados do sistema (Tabela 1), determinou-se os valores de velocidade 
mínima de fluidização a partir de correlações da literatura, de acordo com as equações 
0
50
100
150
200
250
300
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Δ
P
 (
m
m
H
2O
)
u (cm/s)
Ida Retorno
4 
 
da Tabela 2. Os valores teóricos e os respectivos desvios relativos ao valor obtido 
experimentalmente são apresentados na Tabela 3. 
A correlação de Carman-Konezy é validada para valores de Reynolds inferiores 
a 10. Logo, faz-se necessária a avaliação do número de Reynolds na condição de 
mínima fluidização. 
 
Tabela 2. Correlações para determinação da velocidade mínima de fluidização (qm = umf). 
Nome Equação 
Leva 
 
0,86
F
0,88
0,94
FS
1,82
p
m ρ162,8. μ
ρρd
q

 
Miller-Logwinuk 
 
800 μ
ρρρdg
q
0,1
F
0,9
FS
2
p
m

 
Ergun 
 
 
   
  F
m
F
mFS
F
m g






.75,1..d
1.75
.75,1
.d)(
.75,1..d
1.75
q
P
3
P
2
P
m








 
 
Carman-Konezy 
 
)1(.180
.d)(
q
32
P
m
m
mFS g




 (Re < 10) 
 
Tabela 3. Velocidades mínimas de fluidização a partir de correlações da literatura. 
Correlação umf (cm/s) Desvio Relativo 
Leva 13,38 - 20,49% 
Miller-Logwinuk 5,63 - 66,54% 
Ergun 31,44 + 86,79% 
Carman-Konezy 29,91 + 77,71% 
 
Os valores de desvio relativo da Tabela 3 sugerem que as correlações de 
Miller-Logwinuk, Ergun e Carman-Konezy não foram capazes de predizer, 
satisfatoriamente, o valor da velocidade mínima de fluidização, pois apresentaram os 
maiores erros percentuais (acima de 66%). O grande desvio para a correlação de 
Carman-Konezy pode ser justificado pelo valor de Reynolds na velocidade de mínima 
fluidização; para o sistema Re = 35 que é superior ao número de Reynolds limite da 
faixa de validação da correção (para Re < 10). 
5 
 
A correlação que apresentou menor desvio relativo foi a Correlação de Leva, 
com desvio de 20,49% em relação ao valor determinado experimentalmente. Logo, 
para este sistema, a correlação de Leva é a melhor equação para se predizer a 
velocidade mínima de fluidização. 
Os resultados da Tabela 3 ainda mostram valores muito discrepantes entre as 
próprias correlações. A correlação de Miller-Longwinuk resultou em umf = 5,63 cm s-1, 
ao passo que a correlação de Ergun resultou em umf = 31,44 cm s-1, cerca de 
25,8 cm s-1 de diferença, demonstrando que os resultados podem ser bem imprecisos 
a depender da correlação adotada. 
Por fim, para que o método gráfico utilizado para a determinação da velocidade 
mínima de fluidização seja utilizado, sugere-se a realização de mais experimentos (em 
duplicatas ou triplicatas), de modo que se obtenham trajetórias de ida e de retorno 
mais coincidentes na faixa de velocidade de fluidização e transporte pneumático 
(acima de umf). 
 
6 
 
CONCLUSÃO 
Com os valores calculados de velocidade superficial do ar e de queda de 
pressão, foi possível construir-se as curvas de fluidização do leito. Houve uma 
pequena diferença de trajetória no intervalo de velocidade de 20,2 a 138 cm s-1, 
possivelmente devido a variabilidade de dados experimentais. O pico apareceu 
apenas na trajetória de ida, pois na trajetória de volta o leito já está fluidizado. Desde 
modo, determinou-se a velocidade mínima de fluidização, cujo valor foi de 16,83 cm 
s-1. Assim, foi possível realizar-se as correlações da literatura para a velocidade 
mínima de fluidização. O método que apresentou menor desvio com relação ao 
método do gráfico foi o de Leva com um valor de 13,38 cm s-1 e um desvio de -20,49%. 
O segundo mais próximo foi de Miller-Logwinuk, com um valor de 5,63 cm s-1 e desvio 
de -66,54%, seguido por Carmen-Konezy, com 29,91 cm s-1 e desvio de 77,71%, e 
por último, o método de Ergun, com uma velocidade de 31,44 cm s-1 e um desvio 
relativo de 86,79%. Por conta de os valores terem sidos tão discrepantes entre si, 
sugere-se a realização de mais experimentos, como em duplicata ou triplicata, demodo que a posição gráfica da condição de mínima fluidização fique mais evidente, e 
trajetórias de ida e volta mais coincidentes na faixa de velocidade de fluidização e 
transporte pneumático. 
 
7 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS